CN103955621B - 一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台 - Google Patents

一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台 Download PDF

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Abstract

一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台，包括：第一步：根据蛇形机器人的样机，利用UG软件建立蛇形机器人的结构模型；第二步，将UG软件中建立的模型导入到Adams软件的Adams/View模块，建立蛇形机器人的运动约束，达到Adams软件的运动学和动力学仿真的设置要求；第三步，在Adams/View模块中完成与Matlab软件的输入设置；第四步，根据蛇形机器人样机的尺寸规格，在Matlab软件中建立运动学方程和动力学方程；第五步，将Matlab软件解算的运动信息作为输入信号，通过接口传输给Adams/View，同时通过无线模块传输给蛇形机器人。本发明通过Adams、Matlab和蛇形机器人实体共同搭建一个仿真试验的联合控制平台，为研究蛇形机器人的动力学和运动学研究做出贡献。

Description

一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台
技术领域
本发明属于机器人研发领域，尤其涉及一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台。
背景技术
蛇形机器人以其具有多步态、强适应能力、强隐蔽性等特点，受到国内外军事、民用领域的广泛关注。由于蛇形机器人是一种具有多自由度、复杂运动特性的机械系统，其动力学和运动学的建模比较复杂，导致基于运动学和动力学理论的控制率与对蛇形机器人的实际控制率之间存在很大差异，从而造成在改进蛇形机器人运动学和动力学模型过程中，工作效率很低。经对现有的关于蛇形机器人仿真方法和控制方法研究成果的调研发现，现有技术主要存在两种研究路线：一种是先建立蛇形机器人运动学和动力学模型，然后进行仿真验证模型的有效性；另一种先建立蛇形机器人运动学和动力学模型，然后通过试验验证模型的有效性。可以看出，目前的方法均将仿真与试验分开进行，并没有实时利用试验数据校正运动学和动力学模型，从而得到可信了模型参数。
发明内容
本发明提供了一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台，解决蛇形机器人运动控制的仿真和试验有机结合问题。
该蛇形机器人仿真试验的联合控制平台由Matlab软件、Adams软件、集成红外测距的蛇形机器人和试验场景等部分组成。
该蛇形机器人仿真试验的联合控制平台搭建过程包括以下步骤：
第一步：根据蛇形机器人的样机，利用UG软件建立蛇形机器人的结构模型；第二步，将UG软件中建立的模型导入到Adams软件的Adams/View模块，建立蛇形机器人的运动约束，达到Adams软件的运动学和动力学仿真的设置要求；第三步，在Adams/View模块中完成与Matlab软件的输入设置；第四步，根据蛇形机器人样机的尺寸规格，在Matlab软件中建立运动学方程和动力学方程；第五步，将Matlab软件解算的运动信息作为输入信号，通过接口传输给Adams/View，同时通过无线模块传输给集成红外测距传感器的蛇形机器人。
进一步的，通过所述UG软件进行蛇形机器人三维建模，包括骨架、舵机、从动轮。
进一步的，在所述Adams软件的Adams/View模块中，根据蛇形机器人各部件的相互运动关系，施加部件的约束、作用力、材料性能等关系，完成蛇形机器人的Adams/View模块的运动学和动力学建模。
进一步的，在所述集成红外测距传感器的蛇形机器人，是在蛇形机器人的每个关节的两侧边分别安装红外测距传感器。
进一步的，将所述Matlab软件中解算的运动学和动力学的控制信息同时输入给Adams/View模块和蛇形机器人本体，控制Adams/View模块中的蛇形机器人模型和在试验场景中的蛇形机器人本体同时运动。蛇形机器人通过自身集成的红外测距传感器实时测量其与场景四周的距离，以及与场景中障碍之间的距离，通过无线传输模块上传到主控制平台。主控制平台通过将试验测量的运动信息与运动学和动力学模型中的运动信息进行对比，来得到运动信息的差值，并利用该差值作为Matlab软件中建立的蛇形机器人运动学和动力学模型的输入信息，以改进运动学和动力学模型的参数。
本发明通过由Adams和Matlab构成的主控制平台、集成红外传感器的蛇形机器人实体的硬件试验平台和实验场景共同搭建成一个仿真试验的联合控制平台，为研究蛇形机器人的动力学和运动学做出贡献。
本发明的有益效果：本发明Matlab软件、Adams软件和蛇形机器人同时进行，利用Matlab软件解算的控制信息同时对Adams软件的Adams/View模块中的蛇形机器人模型和蛇形机器人本体进行控制，可增加理论和试验对比性，有利于蛇形机器人运行控制的研究。
附图说明
图1为本发明一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台的搭建示意图。
图2为蛇形机器人在试验场景中的测距示意图。
具体实施方式
下面根据附图1对本发明作进一步说明。
一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台，包括以下步骤：
第一步：首先根据蛇形机器人的样机，利用UG软件完成蛇形机器人各关节的结构设计，并进行组装，建立蛇形机器人的结构模型；第二步，将UG软件中建立的模型保存为“x_t”格式，并导入到Adams软件的Adams/View模块。在Adams/View模块中，根据蛇形机器人的各关节之间的运动关系，施加固连副、旋转副，以及接触力约束，并对旋转约束添加转动函数，以达到Adams软件的运动学和动力学仿真的设置要求；第三步，在Adams/View模块中完成与Matlab软件的输入设置；第四步，根据蛇形机器人样机的尺寸规格，在Matlab软件中建立运动学方程和动力学方程；第五步，将Matlab软件解算的运动信息作为输入信号，通过接口传输给Adams/View，同时通过无线模块传输给蛇形机器人，控制Adams/View模块中的蛇形机器人模型和在试验场景中的蛇形机器人本体同时运动。蛇形机器人通过自身集成的红外测距传感器实时测量其与场景四周的距离，以及与场景中障碍之间的距离（如图2所示），通过无线传输模块上传到主控制平台。主控制平台通过将试验测量的运动信息与运动学和动力学模型中的运动信息进行对比，来得到运动信息的差值，并利用该差值作为Matlab软件中建立的蛇形机器人运动学和动力学模型的输入信息，以改进运动学和动力学模型的参数。本发明由由Matlab软件、Adams软件、集成红外测距的蛇形机器人和试验场景等部分共同搭建成一个仿真试验的联合控制平台，为研究蛇形机器人的动力学和运动学做出贡献。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台，其特征在于：该平台包括Matlab软件、Adams软件、集成红外测距传感器的蛇形机器人和试验场景；将所述Matlab软件中解算的运动学和动力学的控制信息同时输入给Adams/View模块和蛇形机器人本体，控制Adams/View模块中的蛇形机器人模型和在试验场景中的蛇形机器人本体同时运动；蛇形机器人通过自身集成的红外测距传感器实时测量其与场景四周的距离，以及与场景中障碍之间的距离，通过无线传输模块上传到主控制平台；主控制平台通过将试验测量的运动信息与运动学和动力学模型中的运动信息进行对比，来得到运动信息的差值，并利用该差值作为Matlab软件中建立的蛇形机器人运动学和动力学模型的输入信息，以改进运动学和动力学模型的参数。
2.如权利要求1所述的一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台，其特征在于：平台搭建主要包括以下步骤：
第一步：根据蛇形机器人的样机，利用UG软件建立蛇形机器人的结构模型；
第二步，将UG软件中建立的模型导入到Adams软件中Adams/View模块，建立蛇形机器人的运动约束，达到Adams软件的运动学和动力学仿真的软件设置要求；
第三步，在Adams/View模块中完成与Matlab软件的输入设置；
第四步，根据蛇形机器人样机的尺寸规格，在Matlab软件中建立蛇形机器人的运动学方程和动力学方程；
第五步，将Matlab解算的运动控制信息作为Adams/View模块的输入信号，通过通信接口传输给Adams/View模块，同时通过无线模块传输给集成红外测距传感器的蛇形机器人。
3.如权利要求2所述的一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台，其特征在于：通过所述UG软件进行蛇形机器人三维建模，包括骨架、舵机、从动轮。
4.如权利要求2所述的一种蛇形机器人仿真试验的联合控制平台，其特征在于：在所述Adams软件的Adams/View模块中，根据蛇形机器人各部件的相互运动关系，施加部件的约束、作用力、材料性能关系，完成蛇形机器人的Adams/View模块的运动学和动力学建模。
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